半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法，该半导体结构的制备方法包括：提供衬底；于衬底的表面形成图形化掩膜层，图形化掩膜层内具有若干个开口；于开口内及图形化掩膜层表面形成氮化镓晶种层，氮化镓晶种层包括晶粒区域及过生长区域，晶粒区域内的位错密度大于过生长区域内的位错密度；刻蚀氮化镓晶种层，以将位于晶粒区域的氮化镓晶种层去除；形成厚膜氮化镓层，厚膜氮化镓层填满开口并覆盖保留的氮化镓晶种层。本发明专利技术提供的半导体结构的制备方法，在去除部分或全部晶粒区域的氮化镓晶种层之后，再进行横向外延生长以形成厚膜氮化镓层，这样能够提高厚膜氮化镓层的晶体质量，同时，还有助于厚膜氮化镓层剥离。还有助于厚膜氮化镓层剥离。还有助于厚膜氮化镓层剥离。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体
，特别是涉及一种半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法。

技术介绍

[0002]与传统衬底材料相比，氮化镓具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越特性，是迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系。
[0003]由于氮化镓单晶衬底制备困难，目前一般采用在蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓等异质衬底上生长氮化镓材料的异质外延的方法制备氮化镓单晶衬底，再通过剥离的方法将其从异质衬底上剥离得到氮化镓单晶衬底。在上述方法中，有一种使用掩膜进行氮化镓生长的技术，即在异质衬底上镀一层掩膜，氮化镓无法在该掩膜上外延生长，只能在掩膜开口内生长，最后通过横向外延过生长技术进行闭合。
[0004]然而，这种方法在生长初期容易导致开口处上方和掩膜上方(譬如横向闭合处)位错不一致，进而影响质量的提高，产品性能难以满足要求。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述现有技术中的不足之处，提供一种半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法。
[0006]本申请根据一些实施例，提供一种半导体结构的制备方法，包括：
[0007]提供衬底；
[0008]于所述衬底的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内具有若干个开口；
[0009]于所述开口内及所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面形成氮化镓晶种层，所述氮化镓晶种层包括位于所述开口内的晶粒区域及位于所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面的过生长区域，所述晶粒区域内的位错密度大于所述过生长区域内的位错密度；
[0010]刻蚀所述氮化镓晶种层，以将位于所述晶粒区域的所述氮化镓晶种层完全去除，或使得所述氮化镓晶种层位于所述晶粒区域的厚度小于所述氮化镓晶种层位于所述过生长区域的厚度；
[0011]形成厚膜氮化镓层，所述厚膜氮化镓层填满所述开口并覆盖保留的所述氮化镓晶种层。
[0012]上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，在图形化掩膜层背离衬底的表面及开口内形成氮化镓晶种层的过程中，由于刚开始氮化镓只在开口处进行生长，竖向生长速率较大，以及外延生长的氮化镓与异质衬底之间的晶格失配，导致大量位错随着氮化镓的生长在垂直方向上延伸，形成位错集中，位错密度较高的晶粒区域；当沉积的氮化镓厚度超过图形化掩膜层的厚度时，氮化镓在竖向生长，慢慢变厚的同时，开始横向外延生长，随着横向生长速率增大，横向外延生长足够时间时，相邻开口处的氮化镓晶粒开始接触、连接及
融合，而竖向生长的位错密度无法大幅弯曲传导至横向生长区域，因而在横向生长区域的氮化镓位错密度较低，形成了位错密度相较于晶粒区域较低的过生长区域；而后，在对所得结构进行刻蚀，去除部分或全部晶粒区域的氮化镓晶种层之后，再以过生长区域的氮化镓晶种层为晶种，再次进行横向外延生长以形成厚膜氮化镓层，这样能够避免氮化镓生长初期开口处上方和图形化掩膜层上方(譬如横向闭合处)位错不一致，影响质量的提高，产品性能难以满足要求的问题，提高厚膜氮化镓层的晶体质量，同时，还有助于厚膜氮化镓层剥离。
[0013]在其中一个实施例中，所述于所述开口内及所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面形成氮化镓晶种层，包括：
[0014]将形成有所述图形化掩膜层的所述衬底置于氢化物气相外延设备中；
[0015]向所述氢化物气相外延设备中通入包括氯化氢及氨气的反应气体，以于所述开口内及所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面形成所述氮化镓晶种层。
[0016]上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，氨气与氯化氢及金属镓反应生成的氮化镓能够准确地沉积于图形化掩膜层的开口内，实现刚开始氮化镓只在开口处进行生长，竖向生长速率较大，而后在竖向生长，慢慢变厚的同时，再开始横向外延生长。
[0017]在其中一个实施例中，所述刻蚀所述氮化镓晶种层，包括：
[0018]停止向所述氢化物气相外延设备中通入所述氨气，并持续向所述氢化物气相外延设备中通入所述氯化氢，利用所述氯化氢刻蚀所述氮化镓晶种层。
[0019]上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，利用生长气体氯化氢进行原位腐蚀，无需开炉操作，也无需为腐蚀提供额外的气体或管路，操作方便。
[0020]在其中一个实施例中，持续向所述氢化物气相外延设备中通入所述氯化氢的过程中，持续降低所述氯化氢的流量至预设流量，所述氯化氢以所述预设流量刻蚀所述氮化镓晶种层。
[0021]上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，氯化氢对位错密度较高的晶粒区域腐蚀速率更高，因而通过降低氯化氢的流量至预设流量，能够提高氯化氢的选择性腐蚀。
[0022]在其中一个实施例中，形成所述氮化镓晶种层的过程中，所述氯化氢的流量为20sccm～1000sccm；所述预设流量为1sccm～100sccm；所述氯化氢以所述预设流量刻蚀所述氮化镓晶种层的时间为10s～60min。
[0023]在其中一个实施例中，所述形成厚膜氮化镓层包括：继续向所述氢化物气相外延设备中通入所述氨气，并继续向所述氢化物外延设备中通入所述氯化氢，以于所述开口内及保留的所述氮化镓晶种层表面形成所述厚膜氮化镓层。
[0024]在其中一个实施例中，向所述氢化物气相外延设备中通入所述反应气体的同时，还向所述氢化物气相外延设备中通入载气，刻蚀所述氮化镓晶种层之后且形成所述厚膜氮化镓层之前还包括：
[0025]停止向所述氢化物气相外延设备中通入所述氯化氢气体，仅向所述氢化物气相外延设备中通入所述载气。
[0026]在其中一个实施例中，仅向所述氢化物气相外延设备中通入所述载气的时间为1min～30min。
[0027]上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，通过在载气气氛下保持1min～
30min，能够对刻蚀后的氮化镓晶种层表面进行清洗，这样。后续以过生长区域的氮化镓晶种层为晶种，再次进行横向外延生长以形成厚膜氮化镓层的过程中，晶种的质量更好，从而能够得到更高质量的厚膜氮化镓层，更加有助于厚膜氮化镓层剥离。
[0028]基于同样的专利技术构思，本申请还根据一些实施例，提供一种半导体结构，所述半导体结构采用前述任一实施例提供的半导体结构的制备方法制备而得到。
[0029]基于同样的专利技术构思，本申请还根据一些实施例，提供一种自支撑氮化镓层的制备方法，包括：
[0030]采用前述任一实施例提供的半导体结构的制备方法制备所述半导体结构；
[0031]将所述半导体结构进行降温处理，使得所述厚膜氮化镓层自动剥离，以得到自支撑氮化镓层。
[0032]基于同样的专利技术构思，本申请还根据一些实施例，提供一种自支撑氮化镓层，其特征在于，所述自支撑氮化镓层采用前述实施例提供的自支撑氮化镓层的制备方法制备而得到。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；于所述衬底的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内具有若干个开口；于所述开口内及所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面形成氮化镓晶种层，所述氮化镓晶种层包括位于所述开口内的晶粒区域及位于所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面的过生长区域，所述晶粒区域内的位错密度大于所述过生长区域内的位错密度；刻蚀所述氮化镓晶种层，以将位于所述晶粒区域的所述氮化镓晶种层完全去除，或使得所述氮化镓晶种层位于所述晶粒区域的厚度小于所述氮化镓晶种层位于所述过生长区域的厚度；形成厚膜氮化镓层，所述厚膜氮化镓层填满所述开口并覆盖保留的所述氮化镓晶种层。2.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，于所述开口内及所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面形成氮化镓晶种层，包括：将形成有所述图形化掩膜层的所述衬底置于氢化物气相外延设备中；向所述氢化物气相外延设备中通入包括氯化氢及氨气的反应气体，以于所述开口内及所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面形成所述氮化镓晶种层。3.根据权利要求2所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述刻蚀所述氮化镓晶种层，包括：停止向所述氢化物气相外延设备中通入所述氨气，并持续向所述氢化物气相外延设备中通入所述氯化氢，利用所述氯化氢刻蚀所述氮化镓晶种层。4.根据权利要求3所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，持续向所述氢化物气相外延设备中通入所述氯化氢的过程中，持续降低所述氯化氢的流量至预设流量，所述氯化氢以所述预设流量刻蚀所述氮化镓晶种层。5.根据权利要求4所述的半导体结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖慧，罗晓菊，赖云，
申请(专利权)人：镓特半导体科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：